HUKUM TERMODINAMIKA II
Hukum Termodinamika I adalah :
- Menetapkan adanya suatu ekivalensi antara panas dan kerja (panas ↔ kerja)
- Digunakan untuk menghubungkan dan menentukan type – type energi yang terlibat
dalam suatu proses.
- Atau menyatakan bahwa sewaktu proses berlangsung terdapat suatu keseimbangan
energi.
Hukum termodinamika I merupakan pernyataan dari hukum kekekalan energi dan tidak
menyatakan sesuatu apapun mengenai arah dari proses yang berlangsung.
Proses termodinamika itu dapat berlangsung kedua arah yaitu :
- Diekspansikan (pengembangan)
- Dikompresikan (penekanan)
Hukum Termodinamika I juga belum menjelaskan kearah mana suatu perubahan keadaan itu
berjalan dan apakah perubahan itu reversible atau irreversible.
Dalam pengembangannya diterangkan dan dibahas dalam Hukum Termodinamika II
Jadi : Hukum Termodinamika II, memberikan batasan-batasan tentang arah yang dijalani suatu
proses, dan memberikan kriteria apakah proses itu reversible atau irreversible dan salah satu
akibat dari hukum termodinamika II ialah perkembangan dari suatu sifat phisik alam yang
disebut entropi.
Perubahan entropi → menentukan arah yang dijalani suatu proses.
Hukum Termodinamika II menyatakan :
* Tidak mungkin panas dapat dirubah menjadi kerja seluruhnya, tetapi sebaliknya kerja
dapat dirubah menjadi panas.
atau : Q ≠ Wseluruhnya
W → Q (sama besarnya)
atau untuk mendapatkan sejumlah kerja (W) dari suatu siklus, maka kalor (Q) yang harus
diberikan kepada sistem selalu lebih besar.
→ Q diserap > W sehingga, η siklus < 100 %.
* Suatu yang bekerja sebagai sebagai suatu siklus tidak dapat memindahkan kalor (Q) dari
bagian yang bertemperatur rendah ke bagian yang bertemperatur lebih tinggi, tanpa
menimbulkan perubahan keadaan pada sistem yang lain.
Dari kedua hal tersebut diatas, menyatakan tentang arah proses perubahan energi dalam dalam
bentuk panas ke bentuk kerja → yang menyatakan adanya pembatasan transformasi energi
MATERI FISIKA
Senin, 13 Juni 2011
HUKUM I TERMODINAMIKA
Termodinamika
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Konsep dasar dalam termodinamika
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !Sistem termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
- sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
- sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
- pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
- pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
- sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
Keadaan termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:- Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
-
- Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
- Hukum Pertama Termodinamika
-
- Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
- Hukum kedua Termodinamika
-
- Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
- Hukum ketiga Termodinamika
TEORI KINETIK GAS
Suhu suatu gas monatomik ideal adalah suatu ukuran yang berhubungan dengan rata-rata energi kinetik atom-atomnya ketika mereka bergerak. Di dalam animasi ini, ukuran atom-atom helium relatif terhadap jarak mereka ditunjukkan berdasarkan skala tekanan di bawah 1950 atmosfer. Atom-atom bersuhu kamar ini memiliki laju rata-rata yang pasti (di sini diperlambat dua triliun (10^{12}) kali lipat).
- Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.
Postulat
Teori untuk gas ideal memiliki asumsi-asumsi berikut ini:- Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil, dengan [[massa] tidak nol.
- Banyaknya molekul sangatlah banyak, sehingga perlakuan statistika dapat diterapkan.
- Molekul-molekul ini bergerak secara konstan sekaligus acak. Partikel-partike yang bergerak sangat cepat itu secara konstan bertumbukan dengan dinding-dinding wadah.
- Tumbukan-tumbukan partikel gas terhadap dinding wadah bersifat lenting (elastis) sempurna.
- Interaksi antarmolekul dapat diabaikan (negligible). Mereka tidak mengeluarkan gaya satu sama lain, kecuali saat tumbukan terjadi.
- Keseluruhan volume molekul-molekul gas individual dapat diabaikan bila dibandingkan dengan volume wadah. Ini setara dengan menyatakan bahwa jarak rata-rata antarpartikel gas cukuplah besar bila dibandingkan dengan ukuran mereka.
- Molekul-molekul berbentuk bulat (bola) sempurna, dan bersifat lentur (elastic).
- Energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas hanya bergantung kepada suhu sistem.
- Efek-efek relativistik dapat diabaikan.
- Efek-efek Mekanika kuantum dapat diabaikan. Artinya bahwa jarak antarpartikel lebih besar daripada panjang gelombang panas de Broglie dan molekul-molekul dapat diperlakukan sebagai objek klasik.
- Waktu selama terjadinya tumbukan molekul dengan dinding wadah dapat diabaikan karena berbanding lurus terhadap waktu selang antartumbukan.
- Persamaan-persamaan gerak molekul berbanding terbalik terhadap waktu.
Teori Kinetik juga telah diperluas untuk memasukkan tumbukan tidak lenting di dalam materi butiran oleh Jenkins dan kawan-kawan.[rujukan?]
Faktor
Tekanan
Tekanan dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah. Misalkan suatu gas denagn N molekul, masing-masing bermassa m, terisolasi di dalam wadah yang mirip kubus bervolume V. Ketika sebuah molekul gas menumbuk dinding wadah yang tegak lurus terhadap sumbu koordinat x dan memantul dengan arah berlawanan pada laju yang sama (suatu tumbukan lenting), maka momentum yang dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:Partikel memberi tumbukan kepada dinding sekali setiap 2l/vx satuan waktu (di mana l adalah panjang wadah). Kendati partikel menumbuk sebuah dinding sekali setiap 1l/vx satuan waktu, hanya perubahan momentum pada dinding yang dianggap, sehingga partikel menghasilkan perubahan momentum pada dinding tertentu sekali setiap 2l/vx satuan waktu.
Besaran kecepatan untuk tiap-tiap partikel mengikuti persamaan ini:
Misalkan ada sejumlah besar partikel yang bergerak cukup acak, gaay pada tiap-tiap dinding akan hampir sama dan kini perhatikanlah gaya pada satu dinding saja, kita punya:
Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:
Jadi, karena luas bagian yang berseberangan dikali dengan panjang sama dengan volume, kita punya pernyataan berikut untuk tekanan
Maka tekanan adalah
Suhu dan energi kinetik
Dari hukum gas ideal-
- PV = NkBT(1)
Derivat:
-
- (2)
Suhunya menjadi
-
- (3)
“ | Rerata energi kinetik molekuler adalah sebanding dengan suhu absolut. | ” |
-
- (4)
Karena 3N adalah derajat kebebasan (DK) dalam sebuah sistem gas monoatomik dengan N partikel, energi kinetik tiap DK adalah:
-
- (5)
- Tiap mole: 12.47 J
- Tiap molekul: 20.7 yJ = 129 μeV
- Tiap mole: 3406 J
- Tiap molekul: 5.65 zJ = 35.2 meV
Banyaknya tumbukan dengan dinding
Jumlah tumbukan atom dengan dinding wadah tiap satuan luar tiap satuan waktu dapat diketahui. Asumsikan pada gas ideal, derivasi dari [2] menghasilkan persamaan untuk jumlah seluruh tumbukan tiap satuan waktu tiap satuan luas:Laju RMS molekul
Dari persamaan energi kinetik dapat ditunjukkan bahwa:Banyaknya tumbukan dengan dinding
One can calculate the number of atomic or molecular collisions with a wall of a container per unit area per unit time.Assuming an ideal gas, a derivation[3] results in an equation for total number of collisions per unit time per area:
Laju RMS molekul
From the kinetic energy formula it can be shown thatSejarah
In 1738 Daniel Bernoulli published Hydrodynamica, which laid the basis for the kinetic theory of gases. In this work, Bernoulli positioned the argument, still used to this day, that gases consist of great numbers of molecules moving in all directions, that their impact on a surface causes the gas pressure that we feel, and that what we experience as heat is simply the kinetic energy of their motion. The theory was not immediately accepted, in part because conservation of energy had not yet been established, and it was not obvious to physicists how the collisions between molecules could be perfectly elastic.Other pioneers of the kinetic theory (which were neglected by their contemporaries) were Mikhail Lomonosov (1747),[4] Georges-Louis Le Sage (ca. 1780, published 1818),[5] John Herapath (1816)[6] and John James Waterston (1843),[7] which connected their research with the development of mechanical explanations of gravitation. In 1856 August Krönig (probably after reading a paper of Waterston) created a simple gas-kinetic model, which only considered the translational motion of the particles. [8]
In 1857 Rudolf Clausius, according to his own words independently of Krönig, developed a similar, but much more sophisticated version of the theory which included translational and contrary to Krönig also rotational and vibrational molecular motions. In this same work he introduced the concept of mean free path of a particle. [9] In 1859, after reading a paper by Clausius, James Clerk Maxwell formulated the Maxwell distribution of molecular velocities, which gave the proportion of molecules having a certain velocity in a specific range. This was the first-ever statistical law in physics.[10] In his 1873 thirteen page article 'Molecules', Maxwell states: “we are told that an 'atom' is a material point, invested and surrounded by 'potential forces' and that when 'flying molecules' strike against a solid body in constant succession it causes what is called pressure of air and other gases.”[11] In 1871, Ludwig Boltzmann generalized Maxwell's achievement and formulated the Maxwell–Boltzmann distribution. Also the logarithmic connection between entropy and probability was first stated by him.
In the beginning of twentieth century, however, atoms were considered by many physicists to be purely hypothetical constructs, rather than real objects. An important turning point was Albert Einstein's (1905)[12] and Marian Smoluchowski's (1906)[13] papers on Brownian motion, which succeeded in making certain accurate quantitative predictions based on the kinetic theory.
FLUIDA STATIS
|
FLUIDA DINAMIS
Fluida Dinamis
Fluida yang mengalir (bergerak) di sebut Fluida Dinamis.
1.Ciri-Ciri Umum Fuida Ideal :
a.Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady).Jika kecepatan v di suatu titik adalah konstan terhadap waktu, aliran fluida di katakan tunak.
Contoh: arus air yang mengalir dengan tenang(kelajuan aliran rendah)
Jika kecepatan v di suatu titik tidak konstan terhadap waktu maka dikatakan alirran tak tunak.
Contoh: gelombang pasang air laut.
b.Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum(massa jenis) maka aliran fluida tak termampatkan.
Contoh: gerak relatif udara terhadap sayap-sayap pesawat.
c.Aliran fluida dapat merupakan aliran kental(viscous)atau tak kental (non-viscous)
Contoh:pelumasan pada mesin mobil
d.Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran turbulen.
Definisi Garis Lurus
Garis Lurus adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung)yang jelas ujung dan pangkalnya.
Garis Arus disebut juga aliran berlapis(aliran laminar=laminar flow).Kecepatan-kecepatan partikel fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu.(Gamb. 7.55.a)
Aliran Turbulen ditandai dengan adanya aliran berputar.(Gamb.7.55b)
2.Persamaan Kintinuitas
a.Pengertian Debit
adalah besaran yang menyatakan volum fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.
Debit = Volum Fluida
Selang waktu
Atau Q= V
t
keterangan: V= Volum ( m³ )
t = Selang waktu ( s )
Q = Debit ( m³/s )
V = AL
Sedangkan L = vt
Maka, debit Q = Av
b. Penurunan Persamaan Kontinuitas
Pada fluida tak termampatkan, hasil kali antara kelajuan fluida dan luas penampang selalu konstan.
A1 V1 = A2 V2 = A3 V3 .....= Konstan
Persamaan Dedit Konstan
Q1 = Q2 = Q3 =......= Konstan
Pada Fluida tak termampatkan, debit fluida di titik mana saja selalu konstan.
c.Perbandingan Kecepatan Fluida dengan lUas dan diameter penampang.
V1 = A2
V2 A1
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang di laluinya.
v1 [ r2 ]² [ D2 ]²
v2 [ r1 ]² [ D1 ]²
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari” panampang atau diameter penampang.
Jika jari-jari atau diameter pipa 2 kali lebih besar kelajuan fluida di titik itu menjadi ( ½ )² = ¼ kali lebih besar.
d. Daya oleh debit fluida
Ep = mgh
Daya yang di bangkitkan oleh suatu tenaga air setinggi h dan debit air Q adalah
P = þQgh Daya Oleh debit fluida dengan þ adalah massa jenis air.
Kamis, 24 Maret 2011
Keseimbangan Partikel
Keseimbangan Partikel
Suatu partikel disebut dalam keadaan seimbang, bila jumlah aljabar gaya-gaya yang bekerja pada partikel tersebut nol.
Syarat keseimbangan partikel adalah : F = 0
Jika partikel terletak pada bidang XY maka syarat keseimbangan : FX = 0 dan FY = 0
Suatu partikel disebut dalam keadaan seimbang, bila jumlah aljabar gaya-gaya yang bekerja pada partikel tersebut nol.
Syarat keseimbangan partikel adalah : F = 0
Jika partikel terletak pada bidang XY maka syarat keseimbangan : FX = 0 dan FY = 0
Titik Berat
STATIKA adalah ilmu kesetimbangan yang menyelidiki syarat-syarat gaya yang bekerja pada sebuah benda/titik materi agar benda/titik materi tersebut setimbang.
PUSAT MASSA DAN TITIK BERAT
Pusat massa dan titik berat suatu benda memiliki pengertian yang sama, yaitu suatu titik tempat berpusatnya massa/berat dari benda tersebut. Perbedaannya adalah letak pusat massa suatu benda tidak dipengaruhi oleh medan gravitasi, sehingga letaknya tidak selalu berhimpit dengan letak titik beratnya.
1. PUSAT MASSA
Koordinat pusat massa dari benda-benda diskrit, dengan massa masing-masing M1, M2,....... , Mi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2),........, (xi,yi) adalah:
2. TITIK BERAT (X,Y)
Koordinat titik berat suatu sistem benda dengan berat masing-masing W1, W2, ........., Wi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2), ............, (xi,yi) adalah:
LETAK/POSISI TITIK BERAT
Dalam menyelesaikan persoalan titik berat benda, terlebih dahulu bendanya dibagi-bagi sesuai dengan bentuk benda khusus yang sudah diketahui letak titik beratnya, kemudian baru diselesaikan dengan rumusan yang ada.
Contoh:
Dua silinder homogen disusun seporos dengan panjang dan massanya masing-masing: l1 = 5 cm ; m1 = 6 kg ; l2 = 10 cm ; m2 = 4 kg.
Tentukan letak titik berat sistem silinder tersebut !
Jawab:
Kita ambil ujung kiri sebagai acuan, maka:
PUSAT MASSA DAN TITIK BERAT
Pusat massa dan titik berat suatu benda memiliki pengertian yang sama, yaitu suatu titik tempat berpusatnya massa/berat dari benda tersebut. Perbedaannya adalah letak pusat massa suatu benda tidak dipengaruhi oleh medan gravitasi, sehingga letaknya tidak selalu berhimpit dengan letak titik beratnya.
1. PUSAT MASSA
Koordinat pusat massa dari benda-benda diskrit, dengan massa masing-masing M1, M2,....... , Mi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2),........, (xi,yi) adalah:
|
|
Koordinat titik berat suatu sistem benda dengan berat masing-masing W1, W2, ........., Wi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2), ............, (xi,yi) adalah:
|
|
- Terletak pada perpotongan diagonal ruang untuk benda homogen berbentuk teratur.
- Terletak pada perpotongan kedua garis vertikal untuk benda sembarang.
- Bisa terletak di dalam atau diluar bendanya tergantung pada homogenitas dan bentuknya.
Gambar | Nama | Letak Titik Berat | Keterangan |
Garis lurus | yo = 1/2 AB | z = di tengah-tengah AB | |
Busur lingkaran | yo = AB/AB . R | AB = tali busur AB = busur AB R = jari-jari lingkaran | |
Busur setengah lingkaran | yo = 2.R/p | R = jari-jari lingkaran | |
Juring lingkaran | yo = AB/AB.2/3.R | AB = tali busur AB = busur AB R = jari-jari lingkaran | |
Setengah lingkaran | yo = 4.R/3 p | R = jari-jari lingkaran | |
Selimut setengah bola | yo = 1/2 R | R = jari-jari lingkaran | |
Selimut limas | yo = 1/3 t | t = tinggi limas | |
Selimut kerucut | yo = 1/3 t | t = tinggi kerucut | |
Setengah bola | yo = 3/8 R | R = jari-jari bola | |
Limas | yo = 1/4 t | t = tinggi limas | |
Kerucut | yo = 1/4 t | t = tinggi kerucut |
Dalam menyelesaikan persoalan titik berat benda, terlebih dahulu bendanya dibagi-bagi sesuai dengan bentuk benda khusus yang sudah diketahui letak titik beratnya, kemudian baru diselesaikan dengan rumusan yang ada.
Contoh:
Dua silinder homogen disusun seporos dengan panjang dan massanya masing-masing: l1 = 5 cm ; m1 = 6 kg ; l2 = 10 cm ; m2 = 4 kg.
Tentukan letak titik berat sistem silinder tersebut !
Jawab:
Kita ambil ujung kiri sebagai acuan, maka:
x1 = 0.5 . l1 = 2.5 cm x2 = l2 + 0.5 . l1 = 5 + 5 = 10 cm X = (å mi . xi)/(mi) X = (m1.x1) + (m1.x1)/(m1 + m2) X = (6 . 2.5 + 4 . 10)/(6 + 4) X = (15 + 40)/(10) = 5.5 cm Jadi titik beratnya terletak 5.5 cm di kanan ujung m1 |
Langganan:
Postingan (Atom)